空客推出的A330neo飞机包含两种型号，分别是在现有的A330-200/300的基础上研发的A330-800/900neo。与现款A330相比， A330neo在许多方面都进行了改进，除了换装新型发动机之外，其他重大的改进大多分布在在空气动力学性能和客舱设计上。
空客为A330neo飞机定下的目标是，相比现款A330，A330neo能够降低14%的单座燃油消耗，同时保持95%的零部件通用率，且与现款A330拥有相同的飞行员型别等级。
按照空客的规划，A330-900neo飞机将首先投放市场，空客期望其航程能达到6200海里（11500公里）；稍后服役的A330-800neo飞机的航程将更远，可达到7450海里（13797公里）。
这两款飞机的最大起飞重量均为242吨，设计工作将于2015年冻结，紧随当前242吨级现款A330飞机交付使用的步伐。
A330-900neo飞机的基础布局方案为310座，将于2017年第4季度开始服役；A330-800neo飞机的基础布局方案为252座，将于2018年年初开始交付。
A330neo飞机在空气动力学方面的改进包括：重新进行了机翼扭转设计、优化了前缘缝翼和整流装置，引入了A350上应用的翼稍小翼，将翼展增加了3.7m，达到64m。这种小翼的线条更为平滑，因而使得小翼的高度仅为1m，相比之下， 现款A330的翼稍小翼的高度为1.6m。
空客公司首席执行官布利叶表示，A330neo在机翼上的更改力求最少，主要是围绕结构加强和减重等目的。
他表示，“我们本意是设计变动越少越好，例如，飞机的中央翼盒十分复杂，因此我们没进行改动”。相比最大起飞重量235吨的A330-300飞机，空客希望采用遄达7000发动机的A330neo飞机能够在一条4000海里的航线%的燃油，不过，新发动机带来额外的阻力，这会增加1%的油耗，带来的额外重量还会增加2%的油耗。
因此，算上空气动力学方面的改进可带来4%的节油效果，A330neo每次飞行能节约12%的燃油。重新设计的客舱方案节省了空间，可以新增6~10个座位，因此A330neo的单座油耗能够大大减少14%。
空客认为，他们能够通过对机身进行全面的减重设计，来抵消A330neo由于安装更大发动机而带来的重量增加。
A330neo结构减重的目标是800公斤，以抵消遄达7000发动机带来的额外重量增加。
空客公司项目执行副总裁威廉姆斯表示，“我们正在努力使A330neo的重量减至与现款A330一样的水平”
发动机挂架的设计是空客推出A330neo飞机最为关键的工作之一。空客正计划维持当前的发动机离地高度，即与A330上配装的遄达700发动机一样，离地高度为0.9m。
在遄达7000发动机直径更大的情况下，这就从另一方面代表着发动机的安装的地方必须更高。
威廉姆斯表示，“发动机挂架的设计必须慎之又慎”。他指出，空客一定要考虑发动机所产生的热量因为更为接近机翼所带来的温度影响，尤其是高温对于机翼前缘相关系统的影响。
威廉姆斯还说道，发动机短舱与发动机的耦合也“至关重要”，“若不是足够优化，可能很轻易地损失1~1.5%的效率”。
空客和罗罗已与赛峰集团下的埃赛(Aircelle)公司签订合作协议，将共同开发A330neo飞机的发动机短舱。
威廉姆斯说道，开发工作不仅仅要考虑发动机涡轮，还应该要考虑与传动机构以及其他附属设备相关的许多复杂问题，而且还面临着在2017年年底前投入服役的时间压力。他还表示，“在飞机研发领域，这几乎相当于‘明天就要’”。
罗罗公司的遄达7000是基于遄达1000研发的，但采用了电子控制的引气系统。空客慢慢的开始选择引气系统供应商，并已与利勃海尔展开商谈。
威廉姆斯表示，机翼结构加强工作的范围将“十分广泛”，其中包含了一些材料方面的改进，如改变所用合金材料以优化机翼承载性能。但是，高升力装置和扰流板都没有变化。
在确定选用与A350相似的融合式翼稍小翼之前，空客还研究了数种小翼的设计的具体方案。威廉姆斯表示，他们最终给出了一种机翼“净延伸”方案，即加装翼稍小翼只是扩大机翼的翼展，从而提升中央翼盒的载荷效率，而无需对中央翼盒进行实质性的变动。
至于起落架，A330neo的起落架原本就是针对最大起飞重量242吨级的现款A330飞机而研制，,因而起落架无需更改。
为了满足时间进度的要求，空客还将力图使驾驶舱内的变动最小化。除了换装新型发动机所必须的驾驶舱相关系统的升级以外，驾驶舱内的改动极少。
威廉姆斯指出，虽然A330在20年前就已取得适航证，但是，正在研发之中的A330neo面临的是更为严格的适航体系，这中间还包括一些先前没有的条款。他举例道，A330neo需要验证能够在发动机持续不平衡运转带来的振动之下飞行数小时。
